NO20110868A1

NO20110868A1 - Transformer

Info

Publication number: NO20110868A1
Application number: NO20110868A
Authority: NO
Inventors: Jan-Erik Elnan-Knutsen; Michal Norbert Gajewski
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-17
Also published as: AU2012203505A1; BR102012014644A2; EP2535783A1; US20130021126A1; NO332845B1

Abstract

En transformator (100, 200, 300) som omfatter minst et første ben (1, 2, 18, 20, 22) og et andre ben (1, 2, 18, 20, 22) av et magnetisk materiale er beskrevet. Hvert ben (1, 2, 18, 20, 22) har en lengdeakse (19, 21, 23, 31, 32), en øvre ende og en nedre ende, et øvre åk (3, 24) som er i kontakt med øvre ende av hvert ben, et nedre åk (6, 25) som er i kontakt med nedre ende av hvert ben, minst én primærvikling (13, 33, 35, 37) innrettet på minst ett av bena (1, 2, 18, 20, 22) og innrettet til å frembringe alternerende magnetisk fluks i en lukket magnetisk krets representert av ben og åk, samt minst én sekundærvikling (14, 34, 36, 38) innrettet på minst ett av bena (1, 2, 18, 20, 22). Minst ett av åkene (3, 6, 24, 25) omfatter to parallelle underåk (4, 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41), og en åkforbinder (9, 10) som forbinder de to underåkene (4, 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41), og transformatoren (100, 200, 300) omfatter minst én styrevikling (11, 12, 29, 43) innrettet på åkforbinderen og innrettet til å frembringe likestrøms magnetisk fluks i en lukket magnetisk krets representert av åket og åkforbinderen (9, 10), der åkforbinderen er innrettet i en magnetisk symmetrisk posisjon.A transformer (100, 200, 300) comprising at least one first leg (1, 2, 18, 20, 22) and a second leg (1, 2, 18, 20, 22) of a magnetic material is disclosed. Each leg (1, 2, 18, 20, 22) has a longitudinal axis (19, 21, 23, 31, 32), an upper end and a lower end, an upper yoke (3, 24) in contact with the upper end of each leg, a lower yoke (6, 25) in contact with the lower end of each leg, at least one primary winding (13, 33, 35, 37) arranged on at least one of the legs (1, 2, 18, 20 , 22) and arranged to produce alternating magnetic flux in a closed magnetic circuit represented by legs and yokes, and at least one secondary winding (14, 34, 36, 38) arranged on at least one of the legs (1, 2, 18, 20, 22). At least one of the yokes (3, 6, 24, 25) comprises two parallel lower yokes (4, 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41), and a yoke connector (9, 10) connecting the two lower yokes (4 , 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41), and the transformer (100, 200, 300) comprises at least one control winding (11, 12, 29, 43) arranged on the yoke connector and arranged to generate direct current magnetic flux in the a closed magnetic circuit represented by the yoke and the yoke connector (9, 10), wherein the yoke connector is arranged in a magnetically symmetrical position.

Description

Transformator Transformer

Teknisk område Technical area

Foreliggende oppfinnelse vedrører en transformator for et elektrisk kraftdistribusjonssystem. Nærmere bestemt vedrører foreliggende oppfinnelse en høyspenningstransformator for et elektrisk kraftdistribusjonssystem i form av et offshoresystem for elektrisk kraftoverføring fra en kraftkilde til en forbrukerenhet over en kraftoverføringslinje som omfatter en offshore kabelseksjon. The present invention relates to a transformer for an electrical power distribution system. More specifically, the present invention relates to a high-voltage transformer for an electrical power distribution system in the form of an offshore system for electrical power transmission from a power source to a consumer unit over a power transmission line comprising an offshore cable section.

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Offshoresystemer kan bli brukt til å pumpe olje og/eller gass fra brønner under havbunnen. Slike systemer kan inkludere pumper drevet av elektriske motorer for å pumpe oljen og/eller gassen. Slike pumper kan være plassert flere hundre kilometer fra kysten og kan få tilførsel av elektrisk kraft fra et kraft-forsyningssystem innrettet på land. Når kraft blir overført gjennom kabler av en slik lengde, kan ulike problemer oppstå, slik som for eksempel elektrostatisk opplading av kabelen som fører strøm til pumpen. En slik elektrostatisk ladning på kabelen kan forårsake en overspenning på pumpemotoren, som til syvende og sist kan føre til skade på den elektriske isolasjonen i pumpemotor, koblingssystem, kabel og/eller overflate-plassert elektrisk utstyr. I tillegg kan, under drift av en pumpe tilkoblet kraftforsyningssystemet, belastningen på den elektriske motoren som driver pumpen variere over tid. Reduksjon av lasten vil ytterligere forsterke problemet med elektrostatisk lading av kabelen som fører strøm til pumpen. På den annen side kan spenningsfall i kabelen under belastning resultere i at den elektriske motoren blir tilført en spenning under den nominelle. Dette er svært uheldig og kan føre til en tidlig aldring og til slutt termisk skade på isolasjonen i viklingene i den elektriske motoren. Offshore systems can be used to pump oil and/or gas from wells below the seabed. Such systems may include pumps driven by electric motors to pump the oil and/or gas. Such pumps can be located several hundred kilometers from the coast and can be supplied with electrical power from a power supply system arranged on land. When power is transmitted through cables of such a length, various problems can arise, such as, for example, electrostatic charging of the cable that carries power to the pump. Such an electrostatic charge on the cable can cause an overvoltage on the pump motor, which can ultimately lead to damage to the electrical insulation in the pump motor, connection system, cable and/or surface-mounted electrical equipment. In addition, during operation of a pump connected to the power supply system, the load on the electric motor driving the pump may vary over time. Reducing the load will further exacerbate the problem of electrostatic charging of the cable carrying power to the pump. On the other hand, voltage drop in the cable under load can result in the electric motor being supplied with a voltage below the nominal one. This is very unfortunate and can lead to early aging and eventually thermal damage to the insulation in the windings of the electric motor.

For å løse disse problemene er det ønskelig å sørge for reguleringsmiddel for regulering av spenningen til pumpemotoren. Reguleringsmiddel kan være i form av en transformator med regulerbar utspenning. Tradisjonelt er en regulerbar utspenning fra en transformator blitt fremskaffet ved å innrette trinn på viklingene, der disse trinnene er ført ut til terminaler slik at antallet vindinger på en vikling kan endres. Spenningen mellom hvert trinn er avhengig antall vindinger mellom hvert trinn. Trinnene er forbundet til en type av effektbryter kalt trinnkopler. Trinnkoplere er imidlertid mekanisk kompliserte og krever hyppig vedlikehold, hvilket gjør dem uegnet for plassering på havbunnen. In order to solve these problems, it is desirable to provide regulating means for regulating the voltage of the pump motor. Regulating means can be in the form of a transformer with adjustable voltage. Traditionally, an adjustable voltage from a transformer has been provided by arranging steps on the windings, where these steps are led out to terminals so that the number of turns on a winding can be changed. The voltage between each stage depends on the number of turns between each stage. The steps are connected to a type of circuit breaker called a step switch. However, tap-changers are mechanically complicated and require frequent maintenance, which makes them unsuitable for placement on the seabed.

US patent 6,933,822 til Haugs et al. beskriver en magnetisk påvirket strøm- eller spenningsregulator og en magnetisk påvirket transformator. Problemet med regulering av en pumpemotor på havbunnen er også beskrevet. Haugs et al. beskriver imidlertid kun en énfase-transformatorløsning. En rekke grunner taler for bruk av trefasespenning til drift av høyeffektutstyr slik som pumpemotorer for pumping av olje fra havbunnen. I patentet blir det foreslått å bruke tre identiske, uavhengige omformere for å levere trefase utspenning. US patent 6,933,822 to Haugs et al. describes a magnetically affected current or voltage regulator and a magnetically affected transformer. The problem of regulating a pump motor on the seabed is also described. Haug et al. however, only describes a single-phase transformer solution. A number of reasons favor the use of three-phase voltage for the operation of high-power equipment such as pump motors for pumping oil from the seabed. In the patent, it is proposed to use three identical, independent converters to deliver three-phase voltage.

US patent 6,137,391 til Mitamura et al. beskriver en trefase fluksregulert type variabel transformator. Transformatoren omfatter en første og en andre magnetisk krets og to separate magnetiske kjerner. En styrevikling er innrettet for å indusere magnetisk fluks. Spenningen fra en sekundærvikling kan endres kontinuerlig ved å justere eksiteringsstrømmen gjennom styreviklingen. Transformatoren som er beskrevet i Mitamura er imidlertid for komplisert til at den passer for plassering på havbunnen. US Patent 6,137,391 to Mitamura et al. describes a three-phase flux-regulated type variable transformer. The transformer comprises a first and a second magnetic circuit and two separate magnetic cores. A control winding is arranged to induce magnetic flux. The voltage from a secondary winding can be changed continuously by adjusting the excitation current through the control winding. However, the transformer described in Mitamura is too complicated to be suitable for placement on the seabed.

US patent 3,622,868 til Todt beskriver en regulerbar kraft-transformator med magnetisk shunt. Denne regulerbare kraft-transformatoren består av en primærvikling og en sekundærvikling plassert koaksialt på midtbenet i en E-type laminert magnetisk kjerne, som er atskilt av et lag med I-type laminer-ing med to spoler påviklet. I-type-laminatene funksjonerer som en magnetisk shunt for fluks generert av primærspolen og tjener som magnetisk kopling mellom E-type-laminatene på primærsiden og sekundærsiden av transformatoren. US patent 3,622,868 to Todt describes an adjustable power transformer with a magnetic shunt. This adjustable power transformer consists of a primary winding and a secondary winding placed coaxially on the center leg of an E-type laminated magnetic core, which is separated by a layer of I-type lamination with two coils wound. The I-type laminates function as a magnetic shunt for flux generated by the primary coil and serve as magnetic coupling between the E-type laminates on the primary and secondary sides of the transformer.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Det er et mål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en transformator for regulering av spenning til.en eller flere kraftforbrukere, slik som utstyr plassert på havbunnen, der transformatoren løser problemene med tidligere kjent teknikk. It is an aim of the present invention to provide a transformer for regulating voltage to one or more power consumers, such as equipment placed on the seabed, where the transformer solves the problems with previously known technology.

Et annet mål med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en transformator som passer til å plassere på havbunnen og som det er mulig å regulere utspenningen fra. Another aim of the present invention is to provide a transformer which is suitable for placing on the seabed and from which it is possible to regulate the voltage.

Et ytterligere mål med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en transformator som er robust og ukomplisert samtidig som en har mulighet for å regulere utspenningen fra transformatoren. A further aim of the present invention is to provide a transformer which is robust and uncomplicated while at the same time being able to regulate the voltage from the transformer.

Et ytterligere mål med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en flerfasetransformator som omfatter minst tre primærvikling-er, tre sekundærviklinger og minst én styrevikling som gjør det mulig å regulere utspenningen på sekundærviklingene, idet transformatoren er robust, kompakt og egnet for plassering på havbunnen. A further aim of the present invention is to provide a multiphase transformer comprising at least three primary windings, three secondary windings and at least one control winding which makes it possible to regulate the voltage on the secondary windings, the transformer being robust, compact and suitable for placement on the seabed.

I det minste ett av målene ovenfor er oppnådd med en transformator i henhold til det uavhengige krav 1. At least one of the above objectives is achieved with a transformer according to independent claim 1.

En transformator i henhold til et første aspekt av oppfinnelsen omfatter minst et første ben og et andre ben av magnetisk materiale, der hvert ben omfatter en lengdeakse, en øvre ende og en nedre ende; et øvre åk som er i kontakt med øvre ende av hvert ben, et nedre åk som er i kontakt med nedre ende av hvert ben. Transformatoren omfatter videre minst én primærvikling innrettet på minst ett av bena og innrettet til å frembringe alternerende magnetisk fluks i en lukket magnetisk krets som er representert ved bena og åkene, og minst én sekundærvikling innrettet på minst ett av bena. Transformatoren erkarakterisert vedat minst ett av åkene omfatter to parallelle underåk, og ved en åkforbinder som forbinder de to underåkene, og ved at transformatoren omfatter minst én styrevikling innrettet på åkforbinderen og innrettet til å frembringe likestrøms (direct) magnetisk fluks i en lukket magnetisk krets representert av åket og åkforbinderen, der åkforbinderen er innrettet i en magnetisk symmetrisk posisjon. A transformer according to a first aspect of the invention comprises at least a first leg and a second leg of magnetic material, each leg comprising a longitudinal axis, an upper end and a lower end; an upper yoke in contact with the upper end of each leg, a lower yoke in contact with the lower end of each leg. The transformer further comprises at least one primary winding arranged on at least one of the legs and arranged to produce alternating magnetic flux in a closed magnetic circuit which is represented by the legs and yokes, and at least one secondary winding arranged on at least one of the legs. The transformer is characterized by the fact that at least one of the yokes comprises two parallel lower yokes, and by a yoke connector that connects the two lower yokes, and by the fact that the transformer comprises at least one control winding arranged on the yoke connector and arranged to produce direct current (direct) magnetic flux in a closed magnetic circuit represented of the yoke and the yoke connector, where the yoke connector is arranged in a magnetically symmetrical position.

Med en transformator i henhold til oppfinnelsen kan spenningen over den minst ene sekundærviklingen være regulerbar. Styreviklingene produserer en likestrøms magnetisk fluks hovedsake-lig kun i åkene. Det anbefales å bruke en strømkilde til å forsyne styreviklingene. Ved å regulere strømmen i styreviklingen lar spenningen over sekundærviklingen seg regulere innen konstruksjonsområdet. Videre blir koblingen av magnetisk fluks frembrakt av primærviklingene minimalisert. Når styreviklingen ikke er tilført strøm, virker transformatoren som en vanlig transformator. With a transformer according to the invention, the voltage across the at least one secondary winding can be regulated. The control windings produce a direct current magnetic flux mainly only in the yokes. It is recommended to use a power source to supply the control windings. By regulating the current in the control winding, the voltage across the secondary winding can be regulated within the construction area. Furthermore, the coupling of magnetic flux produced by the primary windings is minimized. When the control winding is not energized, the transformer acts like a normal transformer.

Viklingsaksen i hver primærvikling og viklingsaksen i hver sekundærvikling er fortrinnsvis i hovedsak koaksial med lengdeaksen for deres respektive ben. Dette har fordeler når det gjelder overføringsvirkningsgrad, dvs. virkningsgraden for overføring av elektrisk energi i primærviklingen til elektrisk energi i sekundærviklingen via magnetisk fluks i bena. Fortrinnsvis vil begge åkene omfatte to parallelle underåk og en åkforbinder som forbinder de to underåkene med en lengdeakse for hver åkforbinder. Fortrinnsvis omfatter transformatoren også en styrevikling innrettet på hver av åkforbinderne. Ved å ha to åkforbindere og to styreviklinger er det mulig å regulere spenningen over sekundærviklingene mer presist. The winding axis of each primary winding and the winding axis of each secondary winding are preferably substantially coaxial with the longitudinal axis of their respective legs. This has advantages in terms of transfer efficiency, i.e. the efficiency for transferring electrical energy in the primary winding to electrical energy in the secondary winding via magnetic flux in the legs. Preferably, both yokes will comprise two parallel lower yokes and a yoke connector that connects the two lower yokes with a longitudinal axis for each yoke connector. Preferably, the transformer also includes a control winding arranged on each of the yoke connectors. By having two yoke connectors and two control windings, it is possible to regulate the voltage across the secondary windings more precisely.

Styreviklingene kan være koblet i serie. Dette er fordelaktig ved at det bare kreves én styrekrets for å regulere slike seriekoblede styreviklinger. The control windings can be connected in series. This is advantageous in that only one control circuit is required to regulate such series-connected control windings.

Lengdeaksene for åkforbinderne kan være i hovedsak parallelle med hverandre og er med fordel koaksiale. En symmetrisk transformator blir da lettere å frembringe. The longitudinal axes of the yoke connectors can be essentially parallel to each other and are advantageously coaxial. A symmetrical transformer is then easier to produce.

Fortrinnsvis blir styreviklingene koblet slik at de frembringer magnetisk fluks i motsatte retninger, dvs. de har motsatte vikleretninger. På denne måten kan en minimalisere spenningen som induseres i styreviklingene av magnetisk fluks som stammer fra spenningen over primærviklingene. Preferably, the control windings are connected so that they produce magnetic flux in opposite directions, i.e. they have opposite winding directions. In this way, the voltage induced in the control windings by magnetic flux originating from the voltage across the primary windings can be minimized.

Nesten alle transformatorer for bruk i høyspenningsapplika-sjoner er trefasetransformatorer. En trefasetransformator i henhold til oppfinnelsen har tre ben. Det er likevel mulig innenfor omfanget av oppfinnelsen å ha mer enn tre faser og ben, og å ha bare én fase og to ben. Almost all transformers for use in high-voltage applications are three-phase transformers. A three-phase transformer according to the invention has three legs. It is nevertheless possible within the scope of the invention to have more than three phases and legs, and to have only one phase and two legs.

Fortrinnsvis vil transformatoren omfatte ett ben for hver fase. Preferably, the transformer will comprise one leg for each phase.

Dersom transformatoren er en flerfasetransformator, kan den omfatte en primærvikling og en sekundærvikling på hvert av bena. Ved å plassere både primærvikling og sekundærvikling på samme ben kan en optimalisere den magnetiske koblingen. If the transformer is a multiphase transformer, it may comprise a primary winding and a secondary winding on each of the legs. By placing both primary winding and secondary winding on the same leg, the magnetic coupling can be optimised.

Lengdeaksene av åkforbinderne kan utgjøre en felles symmetriakse. I det tilfellet der transformatoren har to åkforbindere, bør deres lengdeakser fortrinnsvis være sammenfallende. Bena er fortrinnsvis innrettet symmetrisk rundt symmetriaksen. The longitudinal axes of the yoke connectors can form a common axis of symmetry. In the case where the transformer has two yoke connectors, their longitudinal axes should preferably coincide. The legs are preferably aligned symmetrically around the axis of symmetry.

Transformatoren kan ha et deksel som omslutter ben, åk og viklinger, der dekselet er fylt med olje. Oljen isolerer viklingene og skaffer avkjøling for kjernen og viklingene. The transformer may have a cover that encloses the legs, yoke and windings, where the cover is filled with oil. The oil insulates the windings and provides cooling for the core and windings.

Primærviklingene kan være innrettet for en spenning av minst 400 V, fortrinnsvis minst 1000 V. Det er i første rekke for slike høyspenningsapplikasjoner som oppfinnelsen er tenkt brukt. The primary windings can be arranged for a voltage of at least 400 V, preferably at least 1000 V. It is primarily for such high voltage applications that the invention is intended to be used.

Transformatorer for høyspenningsapplikasjoner er nesten utelukkende trefasetransformatorer. Transformatoren i henhold til oppfinnelsen er derfor primært en trefasetransformator. Transformers for high voltage applications are almost exclusively three-phase transformers. The transformer according to the invention is therefore primarily a three-phase transformer.

Åkene og bena tilsammen danner en enkelt kjerne. Transformatoren er derfor en énkjernetransformator. Det er én felles magnetisk krets for alle faser. Dette gir en større kraft-tetthet for omformeren. The yokes and legs together form a single core. The transformer is therefore a single-core transformer. There is one common magnetic circuit for all phases. This gives a greater power density for the converter.

I henhold til et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse blir en transformator i henhold til oppfinnelsen brukt plassert på havbunnen og koblet til en eller flere kraftforbrukere, slik som kraftutstyr på havbunnen. Det er i første rekke for slik bruk transformatoren i henhold til oppfinnelsen er tiltenkt. According to another aspect of the present invention, a transformer according to the invention is used placed on the seabed and connected to one or more power consumers, such as power equipment on the seabed. It is primarily for such use that the transformer according to the invention is intended.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene Brief description of the drawing figures

Med henvisning til de vedlagte tegningsfigurene følger en spesifikk beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, gjengitt som eksempler nedenfor. Tegningsfigurene viser som følger: Figur 1 viser en énfasetransformator i henhold til en første utførelse av foreliggende oppfinnelse som omfatter to ben og to åkforbindere. Figur 2 viser en trefasetransformator i henhold til en andre utførelse av foreliggende oppfinnelse som omfatter en enkelt åkforbinder. Figur 3 viser en trefasetransformator i henhold til en tredje utførelse av foreliggende oppfinnelse som omfatter to åkforbindere. Figur 4 viser koblingen av styreviklingene i transformatoren som er vist på figur 1 og figur 3. Figur 5 viser en transformator koblet til en motor, der begge er innrettet på havbunnen. With reference to the attached drawings, a specific description of preferred embodiments of the invention follows, reproduced as examples below. The drawing figures show as follows: Figure 1 shows a single-phase transformer according to a first embodiment of the present invention which comprises two legs and two yoke connectors. Figure 2 shows a three-phase transformer according to a second embodiment of the present invention which comprises a single yoke connector. Figure 3 shows a three-phase transformer according to a third embodiment of the present invention which comprises two yoke connectors. Figure 4 shows the connection of the control windings in the transformer shown in Figure 1 and Figure 3. Figure 5 shows a transformer connected to a motor, where both are arranged on the seabed.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen. Detailed description of preferred embodiments of the invention.

I følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil lignende egenskaper på ulike tegningsfigurer være merket med samme referansenummer. Merk at tegningsfigurene ikke er i riktig målestokk. In the following description of preferred embodiments of the invention, similar properties in various drawings will be marked with the same reference number. Note that the drawing figures are not to the correct scale.

Figur 1 viser en énfasetransformator 100 i henhold til en første utførelse av foreliggende oppfinnelse, som har en kjerne av magnetisk materiale. Kjernen omfatter et første ben 1 med en lengdeakse 31, og et andre ben 2 med en lengdeakse 32, et øvre åk 3 som er i kontakt med øvre ende av hvert ben 1, 2, som omfatter et første underåk 4 og et andre underåk 5, og et nedre åk 6 som omfatter et første underåk 7 og et andre underåk 8. Transformatoren omfatter også en øvre åkforbinder 9 som forbinder de øvre underåkene 4, 5, og en nedre åkforbinder 10 som forbinder de nedre underåkene 7, 8. Åkforbinderne 9, 10 har en felles lengdeakse 30 som også er symmetriaksen for transformatoren 100. Transformatoren har i tillegg en øvre styrevikling II innrettet på øvre åkforbinder og en nedre styrevikling 12 innrettet på nedre åkforbinder. Styreviklingene er innrettet til å frembringe en magnetisk fluks i åkene. En primærvikling 13 er innrettet på det første benet 1, og en sekundærvikling 14 er innrettet på det andre benet 2. Figure 1 shows a single-phase transformer 100 according to a first embodiment of the present invention, which has a core of magnetic material. The core comprises a first leg 1 with a longitudinal axis 31, and a second leg 2 with a longitudinal axis 32, an upper yoke 3 which is in contact with the upper end of each leg 1, 2, which comprises a first lower angle 4 and a second lower angle 5 , and a lower yoke 6 which comprises a first lower yoke 7 and a second lower yoke 8. The transformer also comprises an upper yoke connector 9 which connects the upper lower yokes 4, 5, and a lower yoke connector 10 which connects the lower lower yokes 7, 8. The yoke connectors 9 , 10 has a common longitudinal axis 30 which is also the axis of symmetry for the transformer 100. The transformer also has an upper control winding II arranged on the upper yoke connector and a lower control winding 12 arranged on the lower yoke connector. The control windings are designed to produce a magnetic flux in the yokes. A primary winding 13 is arranged on the first leg 1, and a secondary winding 14 is arranged on the second leg 2.

Under drift av transformatoren 100 blir en primær vekselspenning påtrykt primærviklingen 13. Primærvikling 13 er dermed innrettet til å frembringe en alternerende magnetisk fluks i en lukket magnetisk krets representert av bena og åkene. Når spenning ikke er påtrykt styreviklingene, vil primærspenningen frembringe en magnetisk fluks, antydet ved den stiplede streken 15. Den alternerende magnetiske fluksen induserer en sekundær-spenning over sekundærviklingen 14. Når en statisk styre-spenning blir påtrykt øvre styrevikling 11, blir det frembrakt en likestrøms (konstant) magnetisk fluks, vist med den heltrukne streken 16, i åkforbinderen 9 og i underåkene 4, 5 på det øvre åket 3. På tilsvarende måte vil en statisk styre-spenning på nedre styrevikling frembringe en konstant magnetisk fluks i åkforbinder 10 og underåkene 7, 8 på det nedre åket 6. Styreviklingene 11, 12 er altså innrettet til å frembringe en likestrøms magnetisk fluks i en lukket magnetisk krets representert ved åkene og åkforbinderne. Dersom styrespenningen(e) er tilstrekkelig høy, vil det magnetiske materialet i åkforbinder og underåk 4, 5, 7, 8 bli mettet, og reluktansen i disse komponentene vil øke, noe som hindrer magnetisk fluks frembrakt av primærspenningen i å nå sekundærviklingen. På den annen side vil lekkasjefluks fra primærviklingen øke. Dette vil endelig føre til i hovedsak null spenning over sekundærviklingen 14. Ved å regulere spenningen over styreviklingene 11, 12 kan en styre spenningen over sekundærviklingen 14. During operation of the transformer 100, a primary alternating voltage is applied to the primary winding 13. Primary winding 13 is thus arranged to produce an alternating magnetic flux in a closed magnetic circuit represented by the legs and yokes. When no voltage is applied to the control windings, the primary voltage will produce a magnetic flux, indicated by the dashed line 15. The alternating magnetic flux induces a secondary voltage across the secondary winding 14. When a static control voltage is applied to the upper control winding 11, a direct current (constant) magnetic flux, shown by the solid line 16, in the yoke connector 9 and in the lower yokes 4, 5 on the upper yoke 3. In a similar way, a static control voltage on the lower control winding will produce a constant magnetic flux in the yoke connector 10 and the lower yokes 7, 8 on the lower yoke 6. The control windings 11, 12 are therefore designed to produce a direct current magnetic flux in a closed magnetic circuit represented by the yokes and the yoke connectors. If the control voltage(s) is sufficiently high, the magnetic material in the yoke connector and sub-ring 4, 5, 7, 8 will become saturated, and the reluctance in these components will increase, preventing the magnetic flux produced by the primary voltage from reaching the secondary winding. On the other hand, leakage flux from the primary winding will increase. This will ultimately lead to essentially zero voltage across the secondary winding 14. By regulating the voltage across the control windings 11, 12, the voltage across the secondary winding 14 can be controlled.

Figur 2 viser en trefasetransformator 200 i henhold til en andre utførelse av foreliggende oppfinnelse, som har en enkelt åkforbinder 9. Transformatoren omfatter et første ben 18 med en lengdeakse 19, et andre ben 20 med en lengdeakse 21 og et tredje ben 22 med en lengdeakse 23. Bena 18, 20, 22 er forbundet med et øvre åk 24 og et nedre åk 25. Transformatoren har også en symmetriakse 26, og bena 18, 20, 22 er innrettet symmetrisk omkring denne. Det øvre åket 24 omfatter et første underåk 27 og et andre underåk 28, idet underåkene 27, 28 er forbundet via nevnte åkforbinder 9 i en magnetisk symmetrisk posisjon. En styrevikling 29 er innrettet på åkforbinderen 9. En første primærvikling 33 og en første sekundærvikling 34 er innrettet på første ben 18. En andre primærvikling 35 og en andre sekundærvikling 36 er innrettet på det andre benet 20. En tredje primærvikling 37 og en tredje sekundærvikling 38 er innrettet på det tredje benet 22. Figure 2 shows a three-phase transformer 200 according to a second embodiment of the present invention, which has a single yoke connector 9. The transformer comprises a first leg 18 with a longitudinal axis 19, a second leg 20 with a longitudinal axis 21 and a third leg 22 with a longitudinal axis 23. The legs 18, 20, 22 are connected by an upper yoke 24 and a lower yoke 25. The transformer also has an axis of symmetry 26, and the legs 18, 20, 22 are aligned symmetrically around this. The upper yoke 24 comprises a first lower yoke 27 and a second lower yoke 28, the lower yokes 27, 28 being connected via said yoke connector 9 in a magnetically symmetrical position. A control winding 29 is arranged on the yoke connector 9. A first primary winding 33 and a first secondary winding 34 are arranged on the first leg 18. A second primary winding 35 and a second secondary winding 36 are arranged on the second leg 20. A third primary winding 37 and a third secondary winding 38 is arranged on the third leg 22.

Virkemåten for trefasetransformatoren tilsvarer virkemåten for énfasetransformatoren som er beskrevet ovenfor. Når en styrevikling 29 således får tilført tilstrekkelig strøm, vil det magnetiske materialet i det øvre åket bli mettet. Den magnetiske fluks som blir frembrakt av primærviklingene 33, 35, 37 blir da forhindret fra å passere det øvre åket, noe som vil føre til en betydelig lavere utspenning på sekundærviklingene 34, 36, 38. Ved å regulere strømmen i styreviklingen 29 kan en styre spenningen på sekundærviklingene 34, 36, 38. Figur 3 viser en trefasetransformator 300 i henhold til en tredje utførelse av foreliggende oppfinnelse, som omfatter to åkforbindere 9, 10. Den eneste forskjellen mellom denne transformatoren og transformatoren på tegningsfigur 2 er at også nedre åk 25 omfatter et første underåk 40 og et andre underåk 41 som er forbundet via en nedre åkforbinder 10 der en andre styrevikling 43 er innrettet. Ved å ha to åkforbindere 9, 10 og to styreviklinger 29, 43 kan en styre sekundærspenningen mer nøyaktig. Videre, når vekselspenning blir påtrykt primærviklingene, vil noe av den magnetiske fluksen som blir generert kunne kobles inn i åkforbinderne 9, 10 til tross for at disse er innrettet i en magnetisk symmetrisk posisjon. Den magnetiske fluks som blir koblet inn i åkforbinderne 9, 10 vil på denne måten frembringe en spenning i styreviklingene som kan skade elektronikk tilkoblet styreviklingene 29, 43. Ved å innrette styreviklingene 29, 43 slik som vist på tegningsfigur 4, dvs. med deres vikleretninger innbyrdes motsatt rettet, kan spenningen over styreviklingene som stammer fra magnetisk fluks indusert av spenninger påtrykt primærviklingene 33, 35, 37 bli betraktelig redusert. Figur 5 viser en transformator koblet til en motor der begge er innrettet på havbunnen 50. Transformatoren 300 omfatter et deksel 49 som omslutter bena 18, 20, 22, åkene 24, 25 og viklingene 33-38. Dekselet 49 er fylt med olje. Transformatoren 300 er innrettet på havbunnen 50. Sekundærviklingene 34, 36, 38, på transformatoren 300 er koblet til utstyr i form av en motor 52 ved hjelp av en kabel 53. Primærviklingene 33, 35, 37 på transformatoren 300 er koblet til en tilførselskabel 54 som leverer elektrisk energi fra en kraftstasjon på land. En styreinnretning 55 er koblet til transformatoren 300 og er innrettet til å regulere strømmen i styreviklingene 29, 43. Styreinnretningen 55 kan være innrettet til å bruke en liten andel av tilført kraft fra tilførselskabelen 54. The operation of the three-phase transformer corresponds to the operation of the single-phase transformer described above. When a control winding 29 is thus supplied with sufficient current, the magnetic material in the upper yoke will be saturated. The magnetic flux produced by the primary windings 33, 35, 37 is then prevented from passing the upper yoke, which will lead to a significantly lower voltage on the secondary windings 34, 36, 38. By regulating the current in the control winding 29, a control the voltage on the secondary windings 34, 36, 38. Figure 3 shows a three-phase transformer 300 according to a third embodiment of the present invention, which comprises two yoke connectors 9, 10. The only difference between this transformer and the transformer in figure 2 is that also the lower yoke 25 comprises a first lower section 40 and a second lower section 41 which are connected via a lower yoke connector 10 where a second control winding 43 is arranged. By having two yoke connectors 9, 10 and two control windings 29, 43, the secondary voltage can be controlled more precisely. Furthermore, when alternating voltage is applied to the primary windings, some of the magnetic flux that is generated will be able to be connected into the yoke connectors 9, 10 despite the fact that these are arranged in a magnetically symmetrical position. The magnetic flux that is connected into the yoke connectors 9, 10 will in this way produce a voltage in the control windings which can damage electronics connected to the control windings 29, 43. By aligning the control windings 29, 43 as shown in figure 4, i.e. with their winding directions mutually oppositely directed, the voltage across the control windings originating from magnetic flux induced by voltages impressed on the primary windings 33, 35, 37 can be considerably reduced. Figure 5 shows a transformer connected to a motor where both are arranged on the seabed 50. The transformer 300 comprises a cover 49 which encloses the legs 18, 20, 22, the yokes 24, 25 and the windings 33-38. The cover 49 is filled with oil. The transformer 300 is arranged on the seabed 50. The secondary windings 34, 36, 38 of the transformer 300 are connected to equipment in the form of a motor 52 by means of a cable 53. The primary windings 33, 35, 37 of the transformer 300 are connected to a supply cable 54 which supplies electrical energy from a power station on land. A control device 55 is connected to the transformer 300 and is designed to regulate the current in the control windings 29, 43. The control device 55 can be designed to use a small proportion of the supplied power from the supply cable 54.

De beskrevne utførelsene kan modifiseres på mange måter uten å avvike fra grunnideen ved foreliggende oppfinnelse som bare er begrenset av de vedlagte patentkravene. The described embodiments can be modified in many ways without deviating from the basic idea of the present invention which is only limited by the appended patent claims.

I de beskrevne utførelsene er viklingene vist som atskilte langs benet. Det er imidlertid mulig å ha viklingene innrettet slik at de er integrert med hverandre. In the described embodiments, the windings are shown as separated along the leg. However, it is possible to have the windings arranged so that they are integrated with each other.

Selv om flerfasetransformatorer nesten utelukkende er innrettet med tre faser, er det mulig innenfor omfanget av oppfinnelsen å arrangere transformatoren med hvilket som helst antall faser. Although polyphase transformers are almost exclusively arranged with three phases, it is possible within the scope of the invention to arrange the transformer with any number of phases.

Viklingene på transformatoren kan være sammenkoblet i en eller flere passende koblingsgrupper. The windings of the transformer can be interconnected in one or more suitable connection groups.

Transformatoren i henhold til foreliggende oppfinnelse kan virke som en regulerbar kompensator for reaktiv kraft og som en spenningsregulator for lange overføringskabler, der det kreves kompensering for reaktiv kraft og spenningsregulering. Den kan også virke som en spenningsregulator for lange luftlinjer. The transformer according to the present invention can act as an adjustable compensator for reactive power and as a voltage regulator for long transmission cables, where compensation for reactive power and voltage regulation is required. It can also act as a voltage regulator for long overhead lines.

Transformatoren i henhold til oppfinnelsen kan tjene som en opptransformator eller som en nedtransformator. The transformer according to the invention can serve as a step-up transformer or as a step-down transformer.

Claims

1. Transformer (100, 200, 300) comprising at least a first leg (1, 2, 18, 20, 22) and a second leg (1, 2, 18, 20, 22) of magnetic material, where each leg ( 1, 2, 18, 20, 22) has a longitudinal axis (31, 32, 19, 21, 23), an upper end and a lower end, an upper yoke (3, 24) which is in contact with the upper end of each legs, a lower yoke (6, 25) in contact with the lower end of each leg, at least one primary winding (13, 33, 35, 37) arranged on at least one of the legs (1, 2, 18, 20, 22) and arranged to produce alternating magnetic flux in a closed magnetic circuit represented by the legs and yokes, as well as at least one secondary winding (14, 34, 36, 38) arranged on at least one of the legs (1, 2, 18, 20, 22), characterized in that at least one of the yokes (3, 6, 24, 25) comprises two parallel lower yokes (4, 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41), and a yoke connector (9, 10) which connects the two lower yokes (4, 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41), and in that the transformer (100, 200, 300) comprises at least one control winding (11, 12, 29, 43) arranged on the yoke connector o g arranged to produce direct current magnetic flux in a closed magnetic circuit which is represented by the yoke and the yoke connector (9, 10), where the yoke connector is arranged in a magnetically symmetrical position.

2. Transformer (100, 200, 300) according to claim 1, in that the winding axis in each primary winding (13, 33, 35, 37) and the winding axis in each secondary winding (14, 34, 36, 38) are essentially coaxial with the longitudinal axis (19, 21, 23, 31, 32), in their respective legs (18, 20, 22).

3. Transformer (100, 200, 300) according to claim 1 or 2, in that both yokes (24, 25) comprise two parallel sub-arms (4, 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41) and a yoke connector which connects the two lower yokes (4, 5, 7, 8, 27, 28, 40, 41) with a longitudinal axis (26) for each yoke connector (9, 10).

4. Transformer (100, 200, 300) according to claim 3, in that the transformer comprises a control winding arranged on each of the yoke connectors (9, 10).

5. Transformer (100, 200, 300) according to claim 4, in that the control windings (29, 43) are connected in series.

6. Transformer (100, 200, 300) according to claim 4 or 5, in that the longitudinal axes (26, 30) in the yoke connectors (9, 10) are essentially coaxial with each other.

7. Transformer (100, 200, 300) according to claim 6, in that the control windings (11, 12, 29, 43) are connected so that they induce magnetic flux in opposite directions.

8. A transformer according to any one of the preceding claims, the transformer (200, 300) being a multi-phase transformer.

9. Transformer (200, 300) according to claim 8, in that the transformer comprises a leg (18, 20, 22) for each phase.

10. Transformer (200, 300) according to claim 9, which comprises a primary winding (33, 35, 37) and a secondary winding (34, 36, 38) on each of the legs (18, 20, 22).

11. Transformer (200, 300) according to claim 8, 9 or 10, in that the longitudinal axes (26, 30) in the yoke connectors (9, 10) form a common axis of symmetry, and in that the legs (18, 20, 22) are aligned symmetrically around the longitudinal axes of the yoke connectors (9, 10).

12. A transformer (200, 300) according to any one of claims 8-11, having three legs (18, 20, 22).

13. A transformer (100, 200, 300) according to any one of the preceding claims, comprising a cover (49) enclosing the legs (18, 20, 22), the yokes (24, 25) and the windings (33- 38), and where the cover (49) is filled with oil.

14. Transformer (100, 200, 300) according to any of the preceding claims, in that the primary windings (13, 33, 35, 37) are arranged for a voltage of at least 400 V, preferably at least 1000 V.

15. Use of a transformer (100, 200, 300) according to any one of the preceding claims, placed on the seabed (50) and connected to equipment on the seabed.